Nghiên cứu biến tính bã mía với sự hỗ trợ vi sóng ứng dụng trong loại bỏ chất màu

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỖ TRƢỜNG AN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA VỚI SỰ HỖ TRỢ VI SĨNG ỨNG DỤNG TRONG LOẠI BỎ CHẤT MÀU Chuyên ngành Mã chuyên ngành : : KỸ THUẬT HÓA HỌC 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng Ngƣời phản iện 1: Ngƣời phản iện 2: Luận văn thạc s đƣợc ảo vệ Hội đồng chấm ảo vệ Luận văn thạc s Trƣờng Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc s gồm: - Chủ tịch hội đồng - Phản iện - Phản iện - Ủy viên - Thƣ ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Trƣờng An MSHV: 15118601 Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1984 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu iến tính ã mía với hỗ trợ vi sóng ứng dụng loại ỏ chất màu NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Biến tính ã mía ằng acid tartaric, acid citric  Xác định cấu trúc ã mía trƣớc sau iến tính ằng acid tartaric, acid citric sau có hỗ trợ vi sóng  Khảo sát khả hấp phụ chất màu yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ chất màu ã mía sau iến tính có hỗ trợ vi sóng II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2413/QĐ-ĐHCN ngày 15/12/2016 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2017 IV NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng NGƢỜI HƢỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, ngày15 tháng12 năm 2017 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng LỜI CẢM ƠN “Xin chân thành cảm ơn” lời tơi muốn gửi đến Q Thầy cơ, ạn è, đồng nghiệp gia đình, ngƣời sát cánh chia sẽ, giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập thực luận văn Trong trình học tập, thực luận văn, gặp khơng khó khăn nhƣng đƣợc giúp đỡ chân tình ngƣời, cuối tơi hồn thành nhiệm vụ Nhân cho phép đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến: PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng ngƣời Thầy trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, chu đáo, động viên, chia suốt thời gian thực luận văn Quý Thầy cô ạn sinh viên Khoa Cơng nghệ Hóa học – Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP HCM tận tâm giúp đỡ, tạo điều kiện tốt chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức với suốt thời gian qua Ban lãnh đạo đồng nghiệp Viện Vật liệu xây dựng- Bộ Xây Dựng tạo điều kiện thuận lợi để đƣợc tiếp tục học tập nâng cao kiên thức Mặc dù có nhiều cố gắng để hồn thành áo cáo nhƣng với lƣợng kiến thức hạn chế thời gian thực đề tài khơng nhiều nên khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc nhiều đóng góp từ Q thầy để luận văn đƣợc hoàn thiện Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nƣớc thải từ q trình cơng nghiệp dệt nhuộm vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng nhà quản lý cơng nghiệp nhƣ phủ chúng tạo chất màu gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng Do nƣớc thải từ ngành cơng nghiệp dệt nhuộm phải đƣợc xử lý trƣớc thải mơi trƣờng Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm nhƣ phƣơng pháp sinh học, màng lọc, hấp phụ, keo- đông tụ, điện phân oxi hóa ậc cao Trong phƣơng pháp hấp phụ iết đến phƣơng pháp dễ thực hiệu quả, nhiên phƣơng pháp có nhƣợc điểm vật liệu hấp phụ khó thu hồi có kích thƣớc nhỏ, khó phân hủy sinh học.Trong cơng trình để tăng hiệu hấp phụ ã mía đƣợc iến tính ằng acid citric, acid tartaric đƣợc từ tính ằng Fe3O4 nhằm dễ thu hồi Các đặc tính, thành phần vật liệu đƣợc xác định ởi FT-IR, SEM, VSM XRD Bã mía từ tính đƣợc sử dụng làm chất hấp phụ để loại ỏ thuốc nhuộm dung dịch Kết cho thấy khoảng 98% màu methylene blue, cationic yellow basic red 46 đƣợc loại ỏ sau 30 phút Các thông số (pH, nồng độ an đầu, thời gian hấp phụ liều lƣợng vật liệu) ảnh hƣởng đến hiệu loại ỏ đƣợc kiểm tra Từ khóa: Bã mía, hấp phụ, nƣớc thải, thuốc nhuộm vải tách từ ii ABSTRACT Wastewater from textile industries processes has been a serious environmental issue towards industrial managers as well as the governments, because they produce colored waste water that heavily pollute the environment Therefore, waste water from textile industry has to be treated before being discharged into the environment There are many methods of wastewater treatment: coagulation-flocculation, adsorption, filtration, electrolysis, biological methods Adsorption is one of the most effective ways to remove pollutants from sewage In this study, the sugarcane bagasse was modified with citric acid and magnetic sugarcane was formed via the treatment of citric acid-treated sugarcane with suspension of Fe3O4 The prepared materials were characterized by FT-IR, SEM, VSM and XRD Magnetic sugarcane was used as potential adsorbent for removal of textile dyes in a queues solution The results show that about 98% of methylene blue, cationic yellow and basic red 46 dyes could be removed after 30 Moreover, various parameters (pH, initial concentration, adsorption time and dosage of material) effecting removal efficiencies were also examined Key words: sugarcane bagasse, Adsorption, Wastewater, Textile dye and magnetic separation iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu ản thân Các kết nghiên cứu kết luận luận văn “ Nghiên cứu biến tính bã mía với hỗ trợ vi sóng ứng dụng loại bỏ chất màu” trung thực, không chép từ ất kỳ nguồn dƣới ất kỳ hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Học viên Đỗ Trƣờng An iv MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Ý ngh a thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: 1.1 TỔNG QUAN Tổng quan mía 1.1.1 Giới thiệu chung mía 1.1.2 Thành phần hóa học cấu trúc ã mía 1.1.3 Ứng dụng ã mía 12 1.2 Tổng quan axit citric acid tartaric 14 1.2.1 Acid citric 14 1.2.2 Acid tartaric 17 1.3 Tổng quan hạt nano sắt từ Fe3O4 19 1.3.1 Cấu trúc 19 1.3.2 Tính chất đặc trƣng 20 1.3.3 Phƣơng pháp điều chế 21 1.3.4 Ứng dụng hạt nano từ tính 23 1.4 Tổng quan nƣớc thải dệt nhuộm 25 1.4.1 Khái niệm thuốc nhuộm 25 1.4.2 Loại thuốc nhuộm nghiên cứu: 26 v 1.4.3 1.5 Tác hại ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 28 Tổng quan số loại ã mía iến tính ứng dụng chúng 31 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34 2.1 Hóa chất, thiết ị, dụng cụ 34 2.2 Quy trình tiến hành 35 2.2.1 Xử lý ã mía 35 2.2.2 Tổng hợp ã mía iến tính với acid 36 2.2.3 Tổng hợp nano từ tính Fe3O4 ằng phƣơng pháp đồng kết tủa 36 2.2.4 Tổng hợp ã mía từ tính 38 2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ ã mía iến tính ã mía từ tính 39 2.3.1 Khảo sát độ hấp phụ chất màu metylene lue ã mía iến tính: 39 2.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu đến khả hấp phụ ã mía từ tính với metylene lue 40 2.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian nồng độ chất màu metylene lue đến độ hấp phụ ã mía từ tính 40 2.3.4 Khảo sát ảnh hƣởng pH đến độ hấp phụ màu metylene lue 41 2.3.5 Khảo sát khả hấp phụ ã mía từ tính với chất màu khác 41 CHƢƠNG 3: 3.1 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 42 Một số đặc trƣng ã mía từ tính 42 3.1.1 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại iến đổi Fourier (FT-IR) 42 3.1.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) quang phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 44 3.1.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 46 3.1.4 Phân tích từ tính (VSM) 47 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ ã mía 48 3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ acid đến độ hấp phụ ã mía 48 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng đến độ hấp phụ ã mía từ tính 50 3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ thời gian đến độ hấp phụ ã mía từ tính 51 vi 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến độ hấp phụ chất màu 54 3.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng pH đến độ hấp phụ màu metylene blue 56 3.2.6 Khảo sát khả hấp phụ chất màu khác với ã mía từ tính 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 Kết luận 59 Kiến nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 63 Bã mía iến tính với acid citric acid tartaric 63 Phụ lục 1.1 So sánh hiệu suất hấp phụ ã mía từ tính với acid citric với nồng độ thời gian khác 63 Phụ lục 1.2 So sánh hiệu suất hấp phụ ã mía từ tính với acid tartaric với nồng độ thời gian khác 63 Phổ FT-IR ã mía 64 Phụ lục 2.1 Phổ FT-IR ã mía thô 64 Phụ lục 2.2 Phổ FT-IR ã mía iến tính với acid citric 64 Phụ lục 2.3 Phổ FT-IR ã mía iến tính với acid tartaric 65 Phụ lục 2.4 Phổ FT-IR ã mía từ tính với acid citric 65 Phụ lục 2.5 Phổ FT-IR ã mía từ tính với acid tartaric 66 Phụ lục 2.6 Fe3O4 66 Phụ lục 2.7 Phổ XRD ã mía từ tính với acid tartaric 67 Phụ lục 2.8 Phổ XRD ã mía từ tính với acid citric 67 Phụ lục 2.9 Phổ XRD Fe3O4 68 Kết VSM 69 Phụ lục 3.1 Kết VSM ã mía từ tính với acid citric 69 Phụ lục 3.2 Kết VSM ã mía từ tính với acid tartaric 70 Phụ lục 3.3 Kết VSM Fe3O4 71 Phụ lục 3.4 Chồng phổ VSM ã mía từ tính với acid citric Fe 3O4 72 Phụ lục 3.5 Chồng phổ VSM ã mía từ tính với tartaric Fe 3O4 72 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 73 vii 1.4.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm Ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm phụ thuộc hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm công nghệ sử dụng Đối với nƣớc thải dệt nhuộm nguồn nhiễm chất trợ hóa chất dệt nhuộm đƣợc giải ằng phƣơng pháp truyền thống, đó, nhiễm thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu nƣớc thải dệt nhuộm Thuốc nhuộm sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp hữu Mức độ gắn màu yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào độ đậm màu, cơng nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lƣợng hàng nhuộm dung dịch nƣớc dùng máy nhuộm, vật liệu dệt thuốc nhuộm sử dụng Tổn thất thuốc nhuộm đƣa vào nƣớc trung ình 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình < 2% với màu nhạt Thuốc nhuộm gây ô nhiễm vào nguồn nƣớc nhƣ sơng, hồ… Các thuốc nhuộm thƣờng có nƣớc thải xƣởng nhuộm nồng độ 10÷50 mg/L Tuy nhiên nồng độ chúng nƣớc sông tiếp nhận nhỏ nhiều Ngƣời ta đƣa giá trị điển hình trung ình mg/L thuốc nhuộm đơn dịng sơng Đây giá trị trung ình hàng năm, thấp so với thực tế Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có trƣờng hợp nồng độ thuốc nhuộm cao Với nồng độ nhƣ vậy, nƣớc thải dệt nhuộm có màu thƣờng đậm, làm cản trở khả xuyên qua ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hoà tan oxy nƣớc, gây ất lợi cho hô hấp, sinh trƣởng loại thuỷ sinh vật Nhƣ tác động xấu đến khả phân giải vi sinh chất hữu nƣớc thải Đối với cá loại thủy sinh: thử nghiệm cá 3000 thuốc nhuộm nằm tất nhóm từ không độc, độc vừa, độc đến cực độc Trong có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá thủy sinh, 2% thuốc nhuộm mức độ độc cực độc cho cá thủy sinh Đối với ngƣời gây ệnh da, đƣờng hô hấp, phổi Các thuốc nhuộm hữu nói chung đƣợc xếp loại từ độc đến không độc ngƣời (đƣợc đặc trƣng ằng số LD50) Các kiểm tra tính kích thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích với vật thử nghiệm (thỏ) 28 ngoại trừ số cho kích thích nhẹ Tác hại gây ung thƣ nghi ngờ gây ung thƣ: khơng có loại thuốc nhuộm nằm nhóm gây ung thƣ cho ngƣời Các thuốc nhuộm azo đƣợc sử dụng nhiều ngành dệt, nhiên có số màu azo, chủ yếu thuốc nhuộm enzidin, có tác hại gây ung thƣ Các nhà sản xuất châu Âu ngừng sản xuất loại này, nhƣng thực tế chúng đƣợc tìm thấy thị trƣờng giá thành rẻ hiệu nhuộm màu cao Mức độ độc hại với cá loài thủy sinh: thử nghiệm cá 3000 thuốc nhuộm đƣợc sử dụng thông thƣờng cho thấy thuốc nhuộm nằm tất nhóm từ khơng độc, độc vừa, độc, độc đến cực độc Trong có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá thủy sinh, 2% thuốc nhuộm mức độ độc cực độc cho cá thủy sinh Khi vào nguồn nƣớc nhận nhƣ sông, hồ,… với nồng độ nhỏ thuốc nhuộm cho cảm nhận màu sắc Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng nhiều màu nƣớc thải đậm Màu đậm nƣớc thải cản trở hấp thụ oxy ánh sáng mặt trời, gây ất lợi cho hô hấp, sinh trƣởng lồi thủy sinh vật Nó tác động xấu đến khả phân giải vi sinh chất hữu nƣớc thải Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ƣớt xử lý khô Xử lý ƣớt gồm: xử lý trƣớc, tẩy trắng, làm óng nhuộm, in hoa Cơng đoạn xử lý ƣớt sử dụng nhiều nƣớc, nói chung để xử lý hồn tất 1kg hàng dệt cần 50300 lít nƣớc tùy chủng loại vật liệu máy móc thiết ị Hầu hết lƣợng nƣớc cỡ 88.4% thải ngồi, 11.6% lƣợng nƣớc ay q trình gia công Các phƣơng pháp xử lý độ màu nƣớc thải dệt nhuộm Xử lý độ màu nƣớc thải dệt nhuộm có nhiều phƣơng pháp ao gồm sinh học hóa lý Phƣơng pháp sinh học nhờ vi sinh vật phƣơng pháp hóa lý sử dụng hóa chất tính chất vật lý nhằm oxy hóa chất hữu có khó phân hủy nƣớc thải Chúng xin sâu vào phần xử lý nƣớc thải ằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao thuộc phƣơng pháp hóa lý Q trình oxy hóa dựa vào gốc tự hoạt động hydroxyl đƣợc 29 tạo trình xử lý nhờ chất oxy hóa nhƣ H 2O2, O3, NaOCl … phản ứng Hiện nay, ngành dệt may ngành phát triển mang nguồn ngoại tệ lớn cho quốc gia nhƣng vấn đề ô nhiễm gây ởi thuốc nhuộm vấn đề đƣợc xã hội quan tâm Nƣớc thải ngành nhuộm ao gồm nhiều loại nhƣ tạp chất thiên nhiên từ tơ sợi, loại hóa chất đặc iệt có mặt loại thuốc nhuộm tham gia vào q trình nhuộm sơ sợi Nƣớc thải từ cơng ty nhuộm có màu đậm loại thuốc nhuộm không đƣợc sử dụng hết khả gắn màu không cao Tổn thất thuốc nhuộm đƣa vào nƣớc trung ình 10% với màu đậm, 2% với màu trung ình